熊成成，周德強，鄧干然，李國杰，崔振德，何馮光，李玲

1.江南大學(xué)機械工程學(xué)院，無錫 214122；2.中國熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)機械研究所，湛江 524088；3.農(nóng)業(yè)農(nóng)村部熱帶作物農(nóng)業(yè)裝備重點實驗室，湛江 524091；4.中國熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)院熱帶作物品種資源研究所，海口 571101

木薯（Manihot esculentaCrantz），別名樹葛，是全球年產(chǎn)量超億噸的七大作物之一，也是全球10 億人口的主要糧食作物［1］，在熱帶和亞熱帶地區(qū)廣為栽培，其主要用途是飼用、食用和加工成各種地方特色食品及工業(yè)產(chǎn)品［2］。木薯薯塊呈紡錘形，長度一般在20～50 cm，根據(jù)品種不同在土下深度最大可達25～35 cm，薯塊在同一斜面上呈現(xiàn)窄幅扇形分布。由于木薯薯塊具有脆軟、易斷、易破損（破損后霉變快，不便保存，影響加工質(zhì)量）、結(jié)薯深、分布散、與土壤的結(jié)合力大等特點，人工挖拔收獲十分困難。隨著我國農(nóng)村勞動力的不斷減少，使用機種機收代替人工作業(yè)是木薯產(chǎn)業(yè)發(fā)展的必然趨勢。木薯收獲機作業(yè)時，挖掘深度過小會導(dǎo)致斷薯和漏挖增加，造成損失率升高；挖掘深度過大會大幅增加能耗，造成能源浪費，并且降低明薯率而增大損失率。因此，開展木薯收獲機挖掘深度的自動控制研究具有重要的實際意義。

目前在木薯收獲機方面的研究主要集中在挖掘鏟、土薯分離和聯(lián)合收獲技術(shù)等方面［3-8］，在木薯挖掘深度自動控制方面的研究比較少。呂凱英［6］設(shè)計了一套應(yīng)用于挖拔式木薯收獲機的挖掘深度控制系統(tǒng)，采用仿形板和角度傳感器檢測壟面信息，綜合調(diào)節(jié)挖掘鏟的高度和角度以控制挖掘深度，但該研究未附挖深控制效果數(shù)據(jù)。李濤等［7］設(shè)計了一套薯類收獲機挖掘深度自動控制系統(tǒng)，采用前仿形機構(gòu)檢測壟面信息，設(shè)計了一套挖掘機構(gòu)，通過液壓桿的動作控制挖掘深度，該研究未測量實際挖掘深度，而是通過統(tǒng)計明薯率、傷薯率和漏挖率反映控制效果。在其他作物的收獲和耕整機械方面，挖掘深度自動控制技術(shù)研究則較多。Suomi 等［9］設(shè)計了一款播種機，采用多傳感器測量工作深度，提高了控制精度，將工作深度誤差控制在±10 mm。Sharipov 等［10］將磁流變（MR）阻尼器應(yīng)用于一種免耕播種裝置上，使播種深度更穩(wěn)定，平均播種深度更接近目標播種深度。Kim 等［11］采用傳感器融合技術(shù)檢測實時耕作深度，提高了耕深檢測精度，有利于提高挖深控制精度。夏俊芳等［12］提出了一種基于拖拉機車身俯仰角與懸掛裝置提升臂轉(zhuǎn)角的耕深監(jiān)控方法，該方法不使用機械仿形，結(jié)構(gòu)簡單。李玉環(huán)等［13］在研究玉米播種深度時，采用壓力傳感器檢測覆土量，用覆土厚度來表示播種深度，該方法直接測量播種深度，可減少間接測量的中間誤差。趙金輝等［14］在研究播種機開溝深度問題時，通過補償延遲時間，解決了仿形滯后的問題。綜上所述，挖掘深度自動控制的關(guān)鍵在于挖深檢測和提高挖深檢測精度有兩個方面：一是多傳感器檢測，二是直接檢測。

本研究以4UML-130 型振動鏈式木薯收獲機為載體，在不改變原機整體布局的前提下，綜合運用傳感器技術(shù)、液壓控制技術(shù)和PLC 控制技術(shù)，設(shè)計了一套木薯挖掘深度自動控制系統(tǒng)。該控制系統(tǒng)具有根據(jù)壟面高度變化自動調(diào)整挖掘深度的功能，以期保證木薯挖掘深度穩(wěn)定在設(shè)定值附近，且偏差盡可能小，減少漏收和破損，同時減少能耗和機械損耗，提高木薯收獲效果，旨在提高4UML-130 型振動鏈式木薯收獲機的自動化水平。

1 材料與方法

1.1 系統(tǒng)設(shè)計

1）系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與工作原理。4UML-130 型振動鏈式木薯收獲機適用于寬窄雙行種植模式，壟面寬90～100 cm，每壟種植2 行木薯，行間距為60 cm。經(jīng)過雨水沖刷，在收獲季節(jié)時，壟高為10～20 cm。收獲前采用仿壟形木薯莖稈粉碎還田機將地上莖稈完全粉碎，壟面上除了根部有較短的殘留莖稈，無大的莖稈殘留。收獲機作業(yè)速度根據(jù)土壤板結(jié)情況有所不同，一般為0.3～0.5 m/s。4UML-130 型振動鏈式木薯收獲機挖掘深度自動控制系統(tǒng)由仿形機構(gòu)、挖掘深度測量機構(gòu)、液壓系統(tǒng)和控制系統(tǒng)組成，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1 所示。其中，仿形機構(gòu)行走在壟面上，且處于2 行木薯之間，可避免根部殘留莖稈的干擾，用于檢測壟面高度。挖掘深度檢測機構(gòu)配合壟面高度信息，可得出挖掘鏟的挖掘深度，控制器根據(jù)檢測的挖掘深度值，通過控制算法，得出電磁比例方向閥的輸入電流大小，進而控制電磁比例方向閥的開口方向和大小，從而控制液壓桿的動作，使地輪（在壟溝上行走）動作，有效控制挖出鏟的升降，達到控制挖掘深度的目的。

圖1 4UML-130型振動鏈式木薯收獲機結(jié)構(gòu)圖Fig.1 Structural diagram of 4UML-130 vibrating chain cassava harvester

2）仿形機構(gòu)原理。仿形機構(gòu)的結(jié)構(gòu)見圖2，其中固定板安裝在收獲機上，帶動仿形機構(gòu)行走。導(dǎo)管a和導(dǎo)管b同心配合，使仿形輪上下運動。端蓋上開有特殊孔，可以限制仿形機構(gòu)下部分的轉(zhuǎn)動，且隨著仿形機構(gòu)的行走，仿形輪會在地面的摩擦力作用下，自動調(diào)整朝向，使之便于行走。當壟面起伏時，仿形輪將在自重和彈簧壓力作用下，與壟面貼合，跟隨壟面上下起伏。同時傳感器與檢測板之間的距離隨之變化，該距離可以反映壟面高度信息。

圖2 仿形機構(gòu)結(jié)構(gòu)圖Fig.2 Structural diagram of profiling mechanism

3）挖掘深度檢測原理。在收獲機作業(yè)過程中，由于挖掘深度較大，會在前方壟面上產(chǎn)生一定長度的隆起。檢測壟面高度信息時，仿形機構(gòu)不能安裝在隆起壟面上。在田間作業(yè)時，經(jīng)過測量，該隆起壟面長度約為30 cm，因此，本研究將仿形機構(gòu)安裝在挖掘鏟前方40 cm 處。并將仿形機構(gòu)檢測的壟面高度數(shù)據(jù)暫時存儲，在挖掘鏟到達該地時再調(diào)用該數(shù)據(jù)。挖掘深度檢測機構(gòu)如圖3所示，挖掘深度檢測原理如圖4 所示。圖3 中的傳感器B 測量的是傳感器固定板與壟溝之間的距離，與圖4 中的h2對應(yīng)。圖3中的傳感器A 測量的是液壓桿的伸出長度，與圖4中的h3對應(yīng)。圖3 中的仿形機構(gòu)測量的是壟面的起伏信息，與圖4中的h1對應(yīng)。

圖3 挖掘深度檢測機構(gòu)圖Fig.3 Excavation depth detection mechanism diagram

如圖4 所示，挖掘深度檢測的原理是：在a時刻，挖掘鏟在A地，此時仿形機構(gòu)在B地；圖4 中H由機械結(jié)構(gòu)決定的定值，是液壓缸到挖掘鏟的豎直方向上的距離；由此可以計算出B地的壟面高度，h壟=h2-h1，其中h1、h2均為a時刻所測數(shù)據(jù)；當挖掘鏟到達B地時，即b時刻，同理可以得到此時的1 組數(shù)據(jù)h′1、h′2、h′3；則挖掘鏟此時的挖掘深度為h深=h壟+(H-h′2-h′3)。

圖4 挖掘深度檢測原理Fig.4 Principle of excavation depth detection

1.2 液壓系統(tǒng)與控制系統(tǒng)

1）液壓系統(tǒng)。圖5為液壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)的原理圖，其中油箱和液壓泵由農(nóng)用拖拉機提供。溢流閥的作用是使系統(tǒng)的壓力保持穩(wěn)定，分流集流閥的作用是使流入和流出2 個液壓缸的流量相等，使2 個液壓桿保持同步運動。挖深控制系統(tǒng)工作時，控制器通過調(diào)整電磁比例方向閥的輸入電流大小，調(diào)節(jié)閥芯的位置，進而調(diào)節(jié)流入液壓缸流量的方向和大小，達到精準控制液壓桿伸出量的目的。

圖5 液壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)原理圖Fig.5 Schematic diagram of hydraulic regulation system

2）控制系統(tǒng)硬件。由于PLC 具有較好的抗干擾性，更適合農(nóng)機的惡劣環(huán)境，本研究的控制器選擇西門子S7-1214DC/DC/DC。本研究需要3 個模擬量輸入和1 個模擬量輸出，需要添加1 個同時具有模擬量輸入和模擬量輸出的擴展模塊，因此，選擇6ES7234。本研究的傳感器的感應(yīng)物均為平整平面，其中仿形機構(gòu)中的傳感器和圖3 中的傳感器A 的感應(yīng)物為金屬板，圖3 中傳感器B 的感應(yīng)物為壟溝面，因此，可以使用超聲波傳感器，傳感器型號為UB300-18GM45-U-V15，量程為30～300 mm，分辨率為0.1 mm，響應(yīng)時間為22 ms。綜合考慮性價比等因素，上位機選擇昆侖通泰的TPC1071Gi，其工作電壓是直流24 V，功耗不大于30 W，使用環(huán)境溫度為0～50 ℃。

3）算法設(shè)計。①積分分離式模糊PID 算法。本研究采用的積分分離式模糊PID 算法的原理是以PID 算法為基礎(chǔ)，通過模糊控制在線調(diào)整PID 算法的參數(shù)，使PID 參數(shù)一直處在較好水平，當誤差較大時，能盡快減少誤差，當誤差較小時，能盡快消除靜差，形成模糊PID 算法，在模糊PID 算法的基礎(chǔ)上，設(shè)置積分分離，有利于消除靜差，更快達到穩(wěn)態(tài)。積分分離式模糊PID 算法的數(shù)學(xué)表示為式（1），其原理如圖6所示。

圖6 積分分離式模糊PID算法的原理圖Fig.6 Schematic diagram of integral separation fuzzy PID algorithm

式（1）中：KP0、KI0和KD0為基礎(chǔ)值，是常量；ΔKp、ΔKi和ΔKd為通過模糊控制得到的調(diào)節(jié)量，用于在線調(diào)整比例、積分和微分系數(shù)；α 為積分分離閾值，經(jīng)過多次試驗調(diào)整，本研究α取值為0.05。

②模糊控制器設(shè)計。模糊控制器的輸入為挖掘深度誤差E和挖掘深度誤差變化EC，輸出為ΔKp、ΔKi和ΔKd，其中，E、EC、ΔKi的模糊子集均為：NB（負大），NM（負中），NS（負?。?，Z（零），PS（正?。?，PM（正中），PB（正大）。ΔKp的模糊子集為：NB（負大），NM（負中），O（零），PO（正零），PS（正?。琍M（正中），PSB（正稍大），PB（正大）。ΔKd的模糊子集為：NB（負大），NM（負中），NZ（負零），PZ（正零），PS（正?。?，PM（正中），PB（正大）。E和EC的論域選取［-7，7］，ΔKp的論域為［-2，14］，ΔKi的論域為［-8，8］，ΔKd的論域為［-4，12］。所有模糊子集的NB 和PB 的隸屬度函數(shù)使用高斯型分布，其余全部使用三角形分布。輸入輸出的隸屬函數(shù)曲線如圖7 所示。因為挖掘鏟的上下起伏的速度不會很快，挖掘深度一般不會巨幅突變，所以EC大多出現(xiàn)在0 值附近，因此，EC的隸屬函數(shù)在0 值附近分布密集。

圖7 隸屬函數(shù)Fig.7 Membership function

根據(jù)相關(guān)經(jīng)驗和知識得到如下控制規(guī)律：（1）當誤差的絕對值|e|較大時，說明當前挖掘深度過淺或者過深，而這兩種情況造成的損失最大，應(yīng)當迅速調(diào)整，因此，設(shè)定較大的比例系數(shù)KP，增大電磁比例方向閥的電流，使液壓桿速度增大，迅速調(diào)整挖掘鏟位置；同時應(yīng)設(shè)定較小的積分系數(shù)KI，減少這段較大誤差給積分環(huán)節(jié)帶來的影響。（2）當誤差的絕對值|e|中等大小時，說明當前挖掘深度與目標值相差不大，應(yīng)該適當降低液壓桿的速度，使挖掘鏟平穩(wěn)地達到目標值，因此，設(shè)定中等大小的比例系數(shù)KP，避免出現(xiàn)過大的超調(diào)；同時應(yīng)設(shè)定中等大小的積分系數(shù)KI，增大積分環(huán)節(jié)的效果，使挖掘深度盡快穩(wěn)定在目標值，減小波動。（3）當誤差的絕對值|e|較小時，說明當前挖掘深度接近目標值，此時挖掘效果較好，應(yīng)該降低液壓桿的速度或者使其停止，因此應(yīng)設(shè)定較小的比例系數(shù)KP，使其變化緩慢，保持在目標值附近；同時應(yīng)設(shè)定較大的積分系數(shù)KI，增大積分環(huán)節(jié)的效果，使挖掘深度盡快穩(wěn)定在目標值；微分系數(shù)KD具有防止系統(tǒng)出現(xiàn)震蕩的作用，一般在誤差的絕對值較小時起作用，當誤差變化的絕對值|ec|較大時，應(yīng)設(shè)定較大的微分系數(shù)KD，當誤差變化的絕對值|ec|較小時，應(yīng)設(shè)定較小的微分系數(shù)KD。由此得到的控制規(guī)則如表1所示。

表1 模糊控制規(guī)則Table 1 Fuzzy control rules

4）軟件編程。①壟高數(shù)據(jù)的臨時存儲與調(diào)取。由于壟面隆起造成檢測點前置，需先檢測壟面高度信息，將其暫時保存，并在適當時間點調(diào)用。在西門子1200PLC 中，可以使用循環(huán)中斷模塊實現(xiàn)該功能。循環(huán)中斷模塊可以定期執(zhí)行模塊中的程序，并且可以設(shè)定循環(huán)時間，本研究設(shè)定的循環(huán)周期為50 ms。圖8 為循環(huán)中斷模塊中的程序?！皦鸥?”中的數(shù)據(jù)經(jīng)過4 次循環(huán)，即0.2 s 后，傳遞到“壟高5”中?？梢愿鶕?jù)檢測點前置的距離和作業(yè)速度確定滯后時間，調(diào)取適當?shù)臄?shù)據(jù)。

圖8 數(shù)據(jù)臨時保存和調(diào)取程序Fig.8 Temporary data storage and retrieval procedure

②模糊PID 算法在PLC 上的編程。以挖掘深度的誤差和誤差變化作為控制器的輸入量，電磁比例方向閥的輸入電流為輸出量，根據(jù)經(jīng)驗編寫控制規(guī)則。模糊推理有多種機理，但最常用的是Mamdani推理，基于Mamdani 推理的模糊控制算法有3 種，分別為關(guān)系矩陣法、查表法和解析式法［15］。關(guān)系矩陣法運算量大，實時性差。解析式法對于復(fù)雜的規(guī)則不適用。因此，本研究使用查表法。查表法是指先通過離線運算得出輸入輸出的具體對應(yīng)關(guān)系，并儲存在控制器中，使用時在線調(diào)取適當?shù)臄?shù)據(jù)。例如本研究的誤差和誤差變化的量化論域均為｛-7，-6，-5……5，6，7｝，則ΔKp的查詢表是1 個15×15的矩陣，將其按照從左至右、從上至下的順序，以1個數(shù)據(jù)組的形式存放在DB 塊中。變量名分別為“規(guī)則Kp［0］”“規(guī)則Kp［1］”……“規(guī)則Kp［224］”?？梢酝ㄟ^括號中的數(shù)字來尋址，例如當誤差量化值為a，誤差變化量化值為b時，在DB 塊中對應(yīng)的變量名的括號內(nèi)的數(shù)為(b+7)×15+(a+8)-1，最后通過賦值運算將該變量投入積分分離式模糊PID運算中。

③軟件設(shè)計。軟件設(shè)計包括微處理器控制程序和上位機程序。其中，微處理器控制程序主要使用梯形圖語言和SCL 語言編寫，包括主程序、循環(huán)中斷程序、初始化程序、手自動切換程序。上位機程序使用昆侖通泰獨有的編程方式，用來實現(xiàn)工作參數(shù)設(shè)定、數(shù)據(jù)信息顯示、生成動態(tài)曲線和保存數(shù)據(jù)等功能。軟件流程如圖9所示，首先，通電后系統(tǒng)初始化，之后進入手動調(diào)節(jié)模式，通過操控按鈕來觀看指示燈和液壓桿動作，檢查硬件是否正常，如不正常則檢修，如正常則輸入目標挖掘深度值，進入自動控制模式。在自動控制模式下，循環(huán)中斷程序開始正常運行，該程序?qū)鸥咝畔簳r存儲，滯后相應(yīng)時間后，與另2個傳感器的數(shù)據(jù)進行運算，計算出當前的挖掘深度。若該挖掘深度偏離目標值太大，則給出警報，人工停止程序運行，若偏差在正常范圍內(nèi)，則開始進行積分分離式模糊PID 運算，即計算誤差和誤差變化，量化，在線查表，運算，得出控制量。如此循環(huán)往復(fù)執(zhí)行。通過停止按鈕可以終止程序。

圖9 軟件流程圖Fig.9 Software design flow chart

1.3 仿真試驗

本研究的液壓系統(tǒng)是典型的四通閥控非對稱液壓缸系統(tǒng)，容易列出液壓缸的流量線性方程，流量連續(xù)方程和力平衡方程［16］，進而得出其傳遞函數(shù)為：

電液比例方向閥的傳遞函數(shù)一般可用二階振蕩環(huán)節(jié)近似表示，經(jīng)計算其傳遞函數(shù)為：

結(jié)合液壓缸和電磁比例方向閥的傳遞函數(shù)可以分別對使用PID 算法、模糊PID 算法和積分分離式模糊PID 算法的系統(tǒng)進行仿真試驗，Simulink仿真模型如圖10所示。其中PID 算法的比例、微分、積分系數(shù)是通過臨界震蕩法獲得，分別為3.24、66、0.04，同時也是另兩種算法的比例、微分、積分系數(shù)的基礎(chǔ)值。

圖10 Simulink仿真模型Fig.10 Simulink simulation model

1.4 室內(nèi)試驗

為了更好地反映控制效果，本研究設(shè)計了一個壟面模擬機構(gòu)，模擬壟面的形狀為正弦曲線，電機通過絲杠螺母帶動模擬壟面做勻速直線運動。室內(nèi)試驗的設(shè)備如圖11 所示，室內(nèi)試驗方案是：將4UML-130 振動鏈式木薯收獲機的4 個輪子抬至相同的高度，使挖掘鏟懸空；使模擬壟面勻速運動，通過上位機顯示并記錄下挖掘深度、壟面高度和挖掘鏟位置等數(shù)據(jù)；分別使用PID 算法、模糊PID 算法和積分分離式模糊PID 算法進行階躍響應(yīng)試驗和正弦響應(yīng)試驗；分析試驗數(shù)據(jù)。在此需要說明的是，由于收獲機結(jié)構(gòu)空間的限制，試驗中模擬仿形機構(gòu)的運動方向和仿形輪的放置方位與田間作業(yè)不同，但原理相同，不影響試驗效果。

圖11 室內(nèi)試驗設(shè)備圖Fig.11 Indoor test equipment diagram

2 結(jié)果與分析

2.1 仿真試驗結(jié)果

仿真結(jié)果如圖12 所示。由圖12A 可知，PID 控制的超調(diào)量大，超過20%，且達到穩(wěn)定的時間長，約為0.4 s。模糊PID 的超調(diào)量約為10%，達到穩(wěn)定的時間約為0.3 s。而積分分離式模糊PID 明顯優(yōu)于前兩者，無超調(diào)，迅速達到目標值3%誤差范圍內(nèi)，并且達到穩(wěn)定的時間最小，約為0.15 s。加入隨機干擾后的階躍響應(yīng)如圖12B所示，顯然積分分離式模糊PID算法的效果顯著優(yōu)于前兩者。

圖12 階躍響應(yīng)Fig.12 Step response

2.2 階躍響應(yīng)試驗

階躍響應(yīng)試驗是指當壟面高度突變的時候，挖掘鏟位置和挖掘深度的響應(yīng)情況。使用PID 算法、模糊PID 算法和積分分離式模糊PID 算法的階躍響應(yīng)曲線如圖13 所示。由圖13 可知，使用PID 算法，挖掘深度回復(fù)到目標值后，有較大超調(diào)量，且達到穩(wěn)定的時間很長。使用模糊PID 算法，挖掘深度回復(fù)到目標值后，有較小超調(diào)量，經(jīng)過短期震蕩后達到穩(wěn)定。使用積分分離式模糊PID 算法，挖掘深度回復(fù)到目標值后，幾乎沒有超調(diào)，迅速達到穩(wěn)定。因此，在階躍響應(yīng)試驗中使用積分分離式模糊PID 算法的效果最好。

圖13 階躍響應(yīng)曲線Fig.13 Step response curve

2.3 正弦響應(yīng)試驗

正弦響應(yīng)試驗是指當壟面高度以正弦波形變化時，挖掘鏟位置和挖掘深度的響應(yīng)情況。使用PID算法、模糊PID 算法和積分分離式模糊PID 算法的正弦響應(yīng)曲線如圖14 所示。由圖14 可知，使用PID算法，挖掘鏟位置隨壟高變化，基本呈正弦波形狀，不過有較大滯后，因此挖掘深度誤差較大，誤差范圍為±1.5 cm，且當壟高不再變化時，挖掘鏟經(jīng)過了較大超調(diào)量才達到穩(wěn)定。使用模糊PID 算法，挖掘鏟位置隨壟高而變化，基本呈正弦波形狀，挖掘深度的誤差范圍為±1.0 cm，當壟高不再變化時，挖掘鏟經(jīng)過較小超調(diào)量后達到穩(wěn)定。使用積分分離式模糊PID 算法，挖掘鏟位置隨壟高而變化，呈比較標準的正弦波形狀，挖掘深度的誤差為±0.5 cm，且當壟高不再變化時，挖掘鏟迅速達到穩(wěn)定。因此，在正弦響應(yīng)試驗中，使用積分分離式模糊PID 算法的控制效果最好。

圖14 正弦響應(yīng)曲線Fig.14 Sinusoidal response curve

3 討 論

針對4UML-130 型振動鏈式木薯收獲機挖掘深度無法隨壟面高低自動調(diào)整，造成挖掘深度不穩(wěn)定、木薯破損和漏挖率高、能耗大的問題，綜合運用傳感器技術(shù)、液壓控制技術(shù)和PLC 控制技術(shù)，設(shè)計了一套木薯挖掘深度自動控制系統(tǒng)。設(shè)計了仿形機構(gòu)、挖掘深度檢測機構(gòu)、液壓系統(tǒng)和控制系統(tǒng)，設(shè)計了積分分離式模糊PID 算法，并給出了該算法在PLC 上的程序設(shè)計方法，實現(xiàn)了挖掘深度的實時檢測與精確控制，提高了4UML-130 型振動鏈式木薯收獲機的自動化水平。仿真試驗結(jié)果表明，使用積分分離式模糊PID 算法的控制系統(tǒng)，在階躍響應(yīng)中，無超調(diào)，直接達到目標值3%誤差范圍內(nèi)，經(jīng)過0.15 s 達到穩(wěn)定，顯著優(yōu)于其他方法，表明該算法具有優(yōu)越性。室內(nèi)試驗結(jié)果表明，使用積分分離式模糊PID 算法的控制系統(tǒng)，在階躍響應(yīng)中，達到穩(wěn)定的時間最短，且無超調(diào)；在正弦響應(yīng)中，誤差最小，為±0.5 cm，控制效果滿足要求。由于本研究沒有改變原機整體布局，受限于空間太小，所用仿形方式并非最優(yōu)，后續(xù)研究可對原機結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化，增大仿形機構(gòu)的安裝空間，選擇更好的仿形方式，使系統(tǒng)對惡劣的田間作業(yè)環(huán)境具有更高的適應(yīng)性。